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顆粒機(jī)秸稈壓塊機(jī)新聞動(dòng)態(tài)

 

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環(huán)模顆粒機(jī)高效制粒機(jī)理與性能分析(一)

發(fā)布時(shí)間:2013-10-30 10:06    來源:未知

摘  要
    環(huán)模顆粒機(jī)是飼料機(jī)械四大主機(jī)之一,很大程度上決定了飼料加工產(chǎn)量,在飼料加工過程中占有非常重要的地位。目前,國內(nèi)在環(huán)模顆粒機(jī)制粒機(jī)理方面的研究幾乎是空白,而且顆粒機(jī)與國外同類型設(shè)備相比仍然存在結(jié)構(gòu)不合理,生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷,這極大地制約了產(chǎn)品的國際競爭力。研究環(huán)模制粒機(jī)理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù),對提升飼料機(jī)械整體設(shè)計(jì)、制造水平,促進(jìn)飼料工業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。本文的主要工作如下:
    1.分析了制粒過程中物料層在制粒室的分布情況,指出了物料層分布的三個(gè)區(qū)域之間的聯(lián)系,對環(huán)模和壓輥之間的物料受力狀況進(jìn)行了分析,推導(dǎo)了供料區(qū)物料層最佳厚度理論公式。
    2.分析了環(huán)模孔在物料擠壓過程中的受力情況,建立了環(huán)模孔擠壓受力數(shù)學(xué)模型,并基于該模型分析了物料特性對制粒過程的影響,揭示了物料泊松比、摩擦系數(shù)和環(huán)模長徑比與制粒過程中擠壓力之間的關(guān)系。
    3.研究了環(huán)模孔受力簡化模型,并基于簡化模型對環(huán)模孑L口進(jìn)行了有限元受力分析,結(jié)果表明環(huán)模孔進(jìn)料口倒角越大,所受應(yīng)力越小,物料更容易被擠壓,相應(yīng)的環(huán)模使用壽命越長。
    4.研究了環(huán)模和壓輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)與壓入物料高度及環(huán)模顆粒機(jī)生產(chǎn)效率之間的關(guān)系。分析了大小輥環(huán)模顆粒機(jī)和三輥式環(huán)模顆粒機(jī)在提高生產(chǎn)效率方面的優(yōu)勢,并進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算。
    5.推導(dǎo)了環(huán)模顆粒機(jī)能耗理論模型,分析了影響環(huán)模顆粒機(jī)能耗的因素,揭示了環(huán)模線速度與制粒能耗之間的關(guān)系,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
    本課題針對環(huán)模顆粒機(jī)制粒機(jī)理和性能方面做了比較全面的研究,研究成果對提高環(huán)模顆粒機(jī)的制粒質(zhì)量、生產(chǎn)效率、制粒能耗與使用壽命具有一定的參考價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。
 
關(guān)鍵詞:環(huán)模,壓輥,顆粒機(jī),制粒機(jī)理,優(yōu)化
1、緒論
1.1課題背景和研究意義
    飼料工業(yè)是隨著動(dòng)物營養(yǎng)和飼料科學(xué)的發(fā)展,在工業(yè)化水平提高并達(dá)到一定階段后逐步發(fā)展起來的跨行業(yè)、跨部門、跨學(xué)科的新興工業(yè)。它包括五大部分:飼料原料生產(chǎn)、飼料加工、飼料添加劑生產(chǎn)、飼料機(jī)械生產(chǎn)和飼料科研教育、制標(biāo)、監(jiān)測檢測等服務(wù)體系。近年來,中國飼料工業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展,目前全國有飼料企業(yè)1.5萬多家,從業(yè)人員約50多萬人,中國飼料業(yè)改革開放后年平均發(fā)展速度保持在20%以上,已完成了從手工作坊式的生產(chǎn)到世界第二大飼料生產(chǎn)國的飛越,飼料工業(yè)已成為中國國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。隨著飼料工業(yè)的迅速發(fā)展,飼料機(jī)械的需求越來越大,要求也來越高。研發(fā)高品質(zhì)、高效率的飼料機(jī)械產(chǎn)品已成為支持飼料工業(yè)發(fā)展的迫切需求。
    環(huán)模顆粒機(jī)是飼料機(jī)械四大主機(jī)之一,其生產(chǎn)的顆粒飼料以其眾多優(yōu)點(diǎn)在我國得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。相應(yīng)地,制粒工藝是絕大多數(shù)飼料廠采用的加工工藝技術(shù),也是飼料工業(yè)十分重視并不斷取得進(jìn)展的重要工藝,世界谷物飼料有將近75%是以顆粒形狀生產(chǎn)的。可見,環(huán)模顆粒機(jī)是生產(chǎn)顆粒飼料的主要飼料機(jī)械設(shè)備,其性能在很大程度上決定了飼料加工產(chǎn)量,在飼料加工過程中占有非常重要的地位。

420顆粒機(jī)    近年來,國內(nèi)飼料機(jī)械企業(yè)在環(huán)模顆粒機(jī)的設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域不斷進(jìn)步,產(chǎn)品的外觀、性能指標(biāo)不斷提高,與國外同類產(chǎn)品的差距也在不斷縮小,但我國的環(huán)模顆粒機(jī)大都是在國外制粒技術(shù)發(fā)達(dá)國家(如英國、意大利、瑞士等國)先進(jìn)產(chǎn)品基礎(chǔ)之上進(jìn)行變型設(shè)計(jì)而生產(chǎn)制造的,在制粒機(jī)理方面的研究還幾乎是空白,這直接導(dǎo)致與國外同類型設(shè)備相比較,我國的顆粒機(jī)仍然存在結(jié)構(gòu)不合理,生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷。其中,環(huán)模的使用壽命和生產(chǎn)效率低下問題尤為突出,國內(nèi)生產(chǎn)的環(huán)模使用壽命短已成為一個(gè)不爭的事實(shí),在實(shí)際生產(chǎn)過程中,環(huán)模顆粒機(jī)的環(huán)模容易出現(xiàn)使用壽命短、堵模、制粒質(zhì)量差等諸多問題,這極大地制約了產(chǎn)品的國際競爭力。
   研究環(huán)模制粒機(jī)理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù),對設(shè)計(jì)出具有國際先進(jìn)水平的顆粒機(jī)具有積極的推進(jìn)作用,對提高制粒質(zhì)量與制粒效率,提升我國顆粒機(jī)產(chǎn)品的國際競爭力、進(jìn)而提升飼料機(jī)械整體設(shè)計(jì)、制造水平,促進(jìn)飼料工業(yè)的發(fā)展具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
   制粒的歷史實(shí)際上可以追溯到1900年,近一個(gè)世紀(jì)來,飼料工作者在實(shí)踐中積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn),致力于改善顆粒機(jī)性能,提高顆粒飼料性能。
1.2.1環(huán)模顆粒機(jī)國內(nèi)外發(fā)展概況
顆粒機(jī)示意圖
    世界上第一臺(tái)與顆粒機(jī)有相似功能的機(jī)器是一臺(tái)鑄模式設(shè)備,如圖1.1所示。在其機(jī)械結(jié)構(gòu)上類似于現(xiàn)在的煤球機(jī),由一對形狀相同、等速相對旋轉(zhuǎn)的壓輥(壓輥表面鑄有凹穴)組成,物料進(jìn)入壓輥表面的凹穴,自上而下受到壓縮,壓制成形的顆粒具有兩個(gè)凹穴的合成形狀。用該設(shè)備可以壓制成各種形狀的顆粒,如三角形、菱形、橢圓形、紐扣形、圓形等等。這種形式的鑄模式設(shè)備,由于其壓縮時(shí)間非常短,飼料顆粒的密度低、強(qiáng)度較小,生產(chǎn)效率低下,能耗高,所以,該工藝并沒有被廣泛采用。
    1910年左右,世界上第一臺(tái)擠壓式顆粒機(jī)問世,如圖1,2所示。該顆粒機(jī)的工作機(jī)理與現(xiàn)在的擠壓式顆粒機(jī)基本相同,靠旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器強(qiáng)制將物料向前推進(jìn)、擠壓并通過環(huán)模孔形成柱狀顆粒,并在出料口切刀的作用下,切斷成粒狀顆粒。這種顆粒機(jī)的生產(chǎn)效率不高,而且需要使用蒸煮膨化機(jī),生產(chǎn)成本大大提高。
到1920年,斯凱勒( SchMeler)提出了壓縮法制粒,這種設(shè)備安裝有兩個(gè)帶有排出孔的齒輪成形模具的軋輥,如圖1.3所示。在牙狀形齒輪根部有圓柱形的小孔,齒輪、等速相對旋轉(zhuǎn),物料進(jìn)入齒輪的嚙合空間,受到擠壓力的作用,經(jīng)根部小孔擠出,被裝在齒輪內(nèi)腔的切刀切斷成顆粒,并排出孔外。與鑄模法和擠壓法相比,這種制粒方法或多或少帶有剛性擠壓,機(jī)械磨損程度大,費(fèi)用也高。
    1920年期間,在總結(jié)了許多顆粒機(jī)工作機(jī)理的基礎(chǔ)上,研制成功了第一臺(tái)平模顆粒機(jī),如圖1.4所示。這種機(jī)器裝有圍繞中心軸回轉(zhuǎn)的滾輪,迫使物料擠壓向下,通過水平固定模板的模孔,旋轉(zhuǎn)切刀把飼料切割成一定長度的顆粒飼料。平模顆粒機(jī)的平模和滾輪上各處的圓周速度不等,平模上的物料受到的離心力大小也不相同,因而在平模工作平面上的負(fù)荷是不均勻的。不過,當(dāng)時(shí)歐洲許多飼料廠與干草廠卻普遍采用一種平置鑄模顆粒機(jī),其數(shù)個(gè)壓輥置于同一平面繞直立軸旋轉(zhuǎn),而將粉料經(jīng)由固定的水平鑄模模孔擠出。
    幾乎在同一時(shí)期,世界上第一臺(tái)環(huán)模顆粒機(jī)研制成功,如圖1.5所示。到了1920年,顆粒機(jī)已發(fā)展成使用環(huán)模結(jié)構(gòu),迫使物料通過環(huán)模孔的機(jī)器設(shè)備,最初的環(huán)模顆粒機(jī)只使用一個(gè)壓輥,以后演變成兩個(gè)、三個(gè)壓輥,利用壓輥的擠壓力將粉狀物料經(jīng)由環(huán)模的環(huán)模孔中擠出。經(jīng)過不斷地改進(jìn),現(xiàn)在的環(huán)模顆粒機(jī)不僅采用了主動(dòng)滾輪,而且還采用更為普遍的主動(dòng)環(huán)模。環(huán)模顆粒機(jī)是環(huán)模靠主軸傳動(dòng)而回轉(zhuǎn),其內(nèi)有兩個(gè)或者三個(gè)壓輥,工作時(shí)壓輥將粉狀物料壓入環(huán)模孔中,擠出成形后呈圓柱形,并被固定切刀切斷成顆粒飼料。其主要特點(diǎn)是環(huán)模與壓輥接觸線上各處線速度相等,所以無額外的摩擦力,全部的擠壓力都被用來制粒。這種環(huán)模式顆粒機(jī)制粒質(zhì)量較好,生產(chǎn)效率高,能耗比其他幾種要少,在飼料加工廠中應(yīng)用最為廣泛。在此基礎(chǔ)上,環(huán)模顆粒機(jī)性能不斷被改善,而于其后的60年,支配了整個(gè)飼料業(yè)。環(huán)模式顆粒機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展,提高了其機(jī)械性能和強(qiáng)度。根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要,今后顆粒機(jī)的設(shè)計(jì)將向大環(huán)模、大功率和大型號(hào)方向發(fā)展。
    從環(huán)模顆粒機(jī)發(fā)展的整個(gè)歷程來看,環(huán)模顆粒機(jī)的工作機(jī)理沒有變化,而環(huán)模顆粒機(jī)的制造水平和技術(shù)性能大有改進(jìn)。目前世界上使用較為廣泛,比較典型的環(huán)模顆粒機(jī)主要有以下幾種:
    CPM公司生產(chǎn)的環(huán)模顆粒機(jī)采用斜齒齒輪減速箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu),齒輪減速箱可以通過手動(dòng)換擋實(shí)現(xiàn)雙速交換。環(huán)模固定在大齒輪傳遞的空心軸上旋轉(zhuǎn),壓輥則固定在用制動(dòng)裝置固定的實(shí)心軸上,為動(dòng)模型顆粒機(jī)。環(huán)模采用三分式環(huán)模夾固定,裝拆方便,配有自動(dòng)循環(huán)潤滑系統(tǒng)設(shè)備,使用更安全。
  Buhler公司生產(chǎn)的環(huán)模顆粒機(jī)機(jī)采用雙壓輥、環(huán)模式、單電機(jī)三角皮帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。單位生產(chǎn)效率高,運(yùn)行費(fèi)用低結(jié)構(gòu)比較簡單,操作維修方便。系統(tǒng)可以方便地實(shí)行自動(dòng)潤滑和自動(dòng)控制。采用單電機(jī)側(cè)傳動(dòng),空心軸、環(huán)模、軸、壓輥和大皮帶傳動(dòng)等總成,外加皮帶傳動(dòng)的張力等均由主軸尾部懸臂支承,承載負(fù)荷大、且屬于偏載荷狀態(tài)設(shè)計(jì)、驗(yàn)算和裝配的配合要求較高。
    Munch公司生產(chǎn)的環(huán)模顆粒機(jī)有環(huán)模、錐形壓輥平模顆粒機(jī)兩種,環(huán)模顆粒機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和英國UMT公司單級(jí)同步齒形帶傳動(dòng)的形式基本相同。Munch公司生產(chǎn)的環(huán)模顆粒機(jī)采用三角帶傳動(dòng),大皮帶輪的寬度比較寬,采用鑄鐵鑄造整體機(jī)座,整機(jī)重量偏重,但運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低,大皮帶輪的慣性作用有利于節(jié)能。環(huán)模的固定結(jié)構(gòu)宜改用CPM三分式環(huán)模夾,如采用螺栓固定式,則單側(cè)操作大大延長了換模時(shí)間。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)潤滑和自動(dòng)控制。
    三輥式環(huán)模顆粒機(jī)是以英國UMT公司為代表的一種典型環(huán)模顆粒機(jī)。國內(nèi)外多家公司均生產(chǎn)類似的產(chǎn)品,傳動(dòng)方式分為齒輪式和皮帶式兩種。UMT公司生產(chǎn)的皇冠牌三輥式環(huán)模顆粒機(jī)均采用同步齒形帶傳動(dòng),其中350B型采用雙電機(jī)同步齒形帶一級(jí)傳動(dòng),其他型號(hào)均采用雙電機(jī)三角帶、同步齒形帶二級(jí)傳動(dòng)。
     同時(shí),一些科研機(jī)構(gòu)和高校也開始對環(huán)模顆粒機(jī)進(jìn)行研制,先后有商都牧機(jī)廠、阜新牧機(jī)總廠、華中農(nóng)學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所、漁業(yè)機(jī)械儀器研究所和上海市飼料研究所對環(huán)模顆粒機(jī)進(jìn)行了研制。我國的環(huán)模顆粒機(jī)技術(shù)正朝著自主創(chuàng)新的道路前進(jìn),已取得了一定的成效,產(chǎn)品的外觀、性能指標(biāo)不斷提高,與國外同類產(chǎn)品的差距也在不斷縮小,富通新能源同時(shí)銷售秸稈壓塊機(jī)木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)械設(shè)備。

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